三明市土地利用结构特征及其动态变化

2017-05-22吴道祥肖盈华

绿色科技 2017年8期

吴道祥　肖盈华

摘要：采用三明市2000～2008年土地利用变更调查数据，选取土地利用动态度、土地利用变化贡献率、信息熵、集中化指数、多样化指数等指标，并通过一定方法和模型，对三明市土地利用结构特征及其动态变化进行了系统性分析。结果表明：农用地为三明市主要的土地利用类型；2000～2008年期间三明市土地利用综合动态度变化幅度较大，总体上呈现出上升趋势；土地利用结构信息熵和均衡度大致在增加，优势度在减小；2000～2008年期间，三明市土地利用方式朝着多样性方向发展，土地利用类型集中化程度降低。并根据三明市土地利用现状情况以及土地利用结构变化总体特征提出了一些促进土地资源可持续利用的建议。

关键词：土地利用结构；土地利用动态变化；三明市

中图分类号：K901.6

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8019607

1引言

随着社会经济的发展，城市化的进程加快，人地矛盾越来越突出，土地利用/覆盖变化（LUCC）的研究已经成为当今社会探讨的核心主题之一。土地利用变化是体现区域内社会经济和自然生态两大系统之间相互作用演进的过程，土地利用变化研究植根于人地关系的理论之中[1]。某一区域内不同时期的土地利用狀况及其功能结构体现了该区域内不同时期的自然资源条件以及社会经济的发展水平，充分认识和了解区域的土地利用的时空变化规律，对土地利用结构的优化，制定符合区域发展规划的土地利用政策有着重要意义[2]。以三明市土地利用变更调查数据（2000～2008年）为基础，采用数理统计方法，系统地分析了三明市2000～2008年土地利用结构特征及其动态变化，揭示了三明市土地利用的动态变化过程中关于土地资源配置与合理利用，及其时空演变中关于生态改善与可持续利用的相关规律。意义在于能够在三明市城市土地的利用与时空监测中起到具有可行性与指导性的作用。

2研究区概况

三明市位于福建省中西北部（25°29′～27°07′N， 116°22′～118°39′E）。东面与福州接壤、南面紧靠泉州、西南与龙岩交界、西面濒临江西省、北与南平相邻，全境土地总面积2296477.39 hm2。三明市位于武夷山脉与戴云山脉之间，境内以丘陵和中低山为主，资源丰富，森林覆盖率高达76.8%。山地约占土地总面积的82%，耕地约占8.3%，水域及其他用地约占9.7%，有“八山一水一分田”之称。是一座新兴的工业城市、中国优秀旅游城市、全国百强市、福建省的重点林区，也是国务院批准建立的全国集体林区改革试验区，国家林业局确定的全国集体林区林业产权制度改革唯一试点和海峡两岸现代林业合作实验区[3]。

3研究方法

基于2000～2008年三明市土地利用现状年度变更调查数据，为使数据结构统一，采用《全国土地分类》（过渡期间适用）的分类标准，结合三明市实际土地利用方式与特点对该数据进行处理，并将研究区土地利用类型分为居民点及独立工矿用地、交通运输用地、水利设施用地、耕地、园地、林地、草地、其他农用地、未利用地以及其他土地共10个二级地类，52个三级地类。

3.1土地利用动态度

土地利用动态度可以用来表示土地利用的变化速度，对未来土地利用变化趋势的预测有积极的作用。其分为单一土地利用动态度和综合土地利用动态度。其中，单一土地利用动态度反映了研究区在一定时期内，某一种土地利用类型的数量变化情况。而综合土地利用动态度反映的是一定研究时期内，研究区内各种土地利用类型的综合变化情况[4]。

单一土地利用动态度计算公式如下：

K=Ub-UaUa×1T（1）

式（1）中， K为研究时段内某一土地利用类型动态度，Ua为研究初期某一土地利用类型的数量， Ub 为研究末期某一土地利用类型的数量， T为研究时段长，其中，当T的时段设定为年时，K的值即为该研究区某种土地利用类型年变化率[5]。

综合土地利用动态度计算公式如下：

LC=∑ni=1ΔLUi-j2∑ni=1LUi×1T×100%（2）

式（2）中，LC为监测起始时间第i类土地利用类型面积；Ui为监测时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值； T为监测时段长度，其中，当T的时段设为年时， LC的值即为该研究区土地利用年变化率[6]。

3.2土地利用变化贡献率

土地利用变化贡献率为某三级地类面积变化量占相应二级地类面积变化量的比重。其计算公式如下：

V=U′im-UimU′i-Ui×100%

式中，V为土地利用面积变化贡献率；U′i为研究期末i类二级地类的面积；Ui为研究初i类二级地类的面积；U′im为研究期末i类二级地类中第m种三级地类的面积；Uim为研究期初i类二级地类中第m种二级地类的面积；m为某二级地类中包含的三级地类；i为某二级地类。

当V取为正值即表示三级地类变化量与对应二级地类面积变化量成正相关，反之，则为负相关；当V取值大于100%，表示该三级地类面积变化程度大于相应二级地类面积的变化程度[7]。

3.3信息熵指数、均衡度、优势度指数

信息熵为可以用来衡量一个系统的复杂性和有序性程度。一般情况下，一个系统有序程度越高，其信息熵值就越低；反之，当一个系统混乱程度越高，其信息熵值就越高[8]。

土地利用结构信息熵计算公式为：

H=-∑Ni=1PilnPi（3）

式（3）中，H为信息熵指数；Pi为研究区内第i种二级地类土地面积与该区域土地总面积的比值；N为该区域二级地类数量。下同。

均衡度的计算公式为：

J=H/Hmax=-∑Ni=1PilnPi/lnN

式（4）中，J为土地利用均衡度；H为信息熵；Hmax为信息熵的最大值。

由于，因此J值在0～1之间变化。式（4）考虑了二级地类数量N的影响，使得其均质性具有可比性。其中，J值越高即代表该区域土地利用的均质性越高，表明该地区不同职能的土地利用类型广泛分布，同时各类用地的面积差距越小，土地利用结构均衡性越强；相反，当J值越低，区域土地利用的均质性就越低。当J=0时，土地利用均衡度最低；J=1时，土地利用均衡度达到最优[9]。

优势度指数用于测度土地利用结构中一种或少数几种土地利用类型在不同时期内占据该区域支配地位程度[10]。其计算公式如下：

Q=1-J（5）

式（5）中，Q为土地利用优势度。

优势度越大，即表示景观结构在一定程度上受一种或少数集中景观类型支配程度较为严重。

3.4多样化指数

多样化指数可对研究区内土地利用资源的齐全程度或多样化状况进行综合分析，其计算公式如下：

GMa=1-∑Ni=1F2ai（∑Ni=1Fai）2（6）

式（6）中，GMa为第a年三明市土地利用结构的多样化指数；Fai为第a年三明市第i类二级地类面积。

3.5集中化指数

集中化指數是土地利用中很重要的特征值，可以用来反映区域土地利用的集中性，其计算公式如下：

Ia=Aa-RM-R（7）

式（7）中：Ia为研究区域内第a年土地利用结构的集中化指数；Aa为研究区域第a年各土地利用类型累计百分比之和；M为假定只有一种土地利用类型时的累计百分比之和（本文为1000%）；R为基准年研究区各土地利用类型面积之和的累计百分比之和（本文以2008年为基准年，R为784.32%）。[11]

4结果与分析

4.1土地利用结构特征

由表1和表2可知，农用地为三明市主要土地利用类型，农用地所占比重高达94%左右。其中农用地中的林地、耕地二者占土地总面积的90%左右。建设用地及未利用地的比重之和仅占三明市土地总面积的6%左右。

2000～2008年，从一级地类看，农用地比重有所下降，建设用地与未利用地的比重有所增加。从二级地类看，水利设施用地、交通运输用地、居民点及独立工矿用地、未利用土地均有相应增加，而耕地、园地、林地、草地、其他农用地、其他土地均在减少。期间，林地变化相对较为明显，林地面积减少了8112.51 hm2，占三明市面积比例减少0.35%；其次是居民点及独立工矿用地，居民点及独立工矿用地面积增加4845.68 hm2，占三明市面积比例增加0.21%；耕地、园地、其他农用地、其他土地面积分别减少1474.24 hm2、516.41 hm2、210.54 hm2、366.53 hm2，所占比例分别下降0.06%、0.02%、0.01%、0.02%。草地面积减少了54.40 hm2，但是所占比例几乎没变；交通运输用地、水利设施用地、未利用地面积分别增加3063.41 hm2、1257.88 hm2、1567.66 hm2，所占比例分别增加0.13%、0.05%、0.07%。

可见，2000～2008年三明市土地利用结构特征为：①农用地是三明市主要的土地利用类型，构成三明市土地利用基本格局，其中农用地中，林地所占比重最大；②2000～2008年，三明市土地利用结构变化特征主要表现为建设用地（居民点及独立工矿用地、交通运输用地、水利设施用地）数量有较大提升，生态用地（林地、园地、草地）、耕地、其他农用地、其他土地逐渐缩水，而未利用土地数量有所增加；（3）未利用土地面积较大，居民点及独立工矿用地、交通用地面积较少。这与三明市地处山区，以丘陵和中低山为主的地貌及较为落后的经济发展水平等因素有着必然的联系性。

4.2土地利用变化动态度

2000～2008年三明市土地利用的综合动态度为0.90%，这说明三明市土地利用变化程度还是较为剧烈的。2000～2008年三明市各种土地利用类型的土地利用动态度详见表3。耕地、园地、林地、草地、其他农用地、其他土地呈现负向变化速率，表明研究期内其面积在减少，而居民点及独立工矿用地、交通运输用地、水利设施用地、未利用土地均呈正向变化速率，表明研究期内其面积呈现增加趋势。其中，交通运输用地的变化率和动态度最大，分别为36.13%和4.52%；其次为草地，分别为（-27.71%）和（-3.46%）；水利设施用地位居第三，期间增加18.04%，土地利用动态度为2.26%；林地的变化幅度最小，期间林地面积减小0.43%，土地利用动态度为（-0.05%）。但是由于林地的基数大，所以林地数量减少在各土地利用类型中是最大的，8年来共减少8112.51 hm2。

总体而言，三明市土地利用综合动态度变化幅度较大，并呈逐步上升趋势。从图1可以看出：在8年间，土地利用综合动态度主要经历了急剧上升、急剧下降、缓慢上升、急剧下降的几个不同变化阶段[12]。其中2001～2002年、2005～2006年的土地利用综合动态度高于三明市平均水平。以2001～2002年的土地利用综合动态度为最大，为0.269%，然后依次为2005～2006年（0.244%）、2006～2007年（0.145%），以2003～2004年最小（0.069%）。这说明三明市在2001～2002年土地利用总体上最活跃，而2003～2004年最不活跃。

4.3土地利用结构变化贡献率

根据土地利用变更数据对二级地类土地利用变化贡献率进行计算，计算结果如表4。

由表4可以看出，三明市在2000～2008年期间，灌溉水田、菜地等农用地面积逐步减少，与耕地的面积变化呈现出正相关关系。其中灌溉水田减少最多，对耕地变化贡献率最大，为70.88%，菜地次之，面积减少199.77 hm2，对耕地变化贡献率为13.55%。水浇地对耕地面积变化的贡献率最小，为0.47%。由此可知，灌溉水田面积减少是导致三明市耕地面积减少主要原因。

在园地组成中，茶园的面积在增加，面积增加104.68 hm2，与原地面积变化呈负相关，对园地面积变化的贡献率为-20.27%。而果园、桑园、其他园地均在减少，其中，果园对园地变化的贡献率最大，为112.41%，桑园和其他园地对园地变化贡献率较小，分别为2.85%和5.27%。由此可以看出，三明市园地面积减少主要是果园面积减少所致。

在林地组成中，仅疏林地略有增加，其他林地均呈现减少态势。期间，有林地面积减少7169.04 hm2，对林地面积减少贡献率最大为88.37%；其次为未成林造林地，未成林造林地面积减少936.79 hm2，对林地面积减少贡献率为11.55%。

从草地来看，天然草地和人工草地的面积均减少，其中人工草地的面积变化减少最多，对草地变化贡献率最大高达98.22%，天然草地的贡献率为1.78%。

其他农用地组成中，禽畜饲养地、设施农用地等其他农用地逐步增加，而坑塘水面、田坎面积逐渐萎缩，呈现下降趋势。但是其他农用地面积变化还是在减少。期间，田坎的面积减少的最多，对其他农用地面积变化贡献率最大为135.91%；其次为坑塘水面，贡献率为131.96%。养殖水面面积增加262.60 hm2，贡献率最低，为-124.73%。

从居民点及独立工矿用地来看，各3级地类的面积均在增加，其中独立工矿用地面积增加最多，对居民点及独立工矿用地面积变化的贡献率最大，为69.97%；其次为农村居民点、建制镇和城市用地，其对该变化贡献率分别为10.29%、9.67%和7.14%。三明市位于海西经济发展的腹地，是重要工业基地，是新兴的工业城市。近年来三明市着重工业图片，着力产业发展，围绕“4+1”产业集群，推进产业集聚、产品深加工；着力抓项目，围绕132个工业新增长点项目，实现增量提质；着力抓园区，重点加快8个省级工业园区和埔岭汽车、荆东生物医药等集中区开发；着力抓品牌，加大力度支持企业走品牌带动的路子；着力抓扶持，集中专项资金，大力扶持工业发展，因此导致独立工矿面积不断扩大，挤占基本农用地面积。此外，随着新农村建设的推进，县城不断发展壮大、中心镇规模不断扩大，使三明市城市化率不断提高，城镇面积不断增加。

从交通运输用地来看，公路对交通运输用地面积变化贡献率最大，为99.64%；名用机场位居第二，为0.23%；铁路用地与港口码头用地分别为0.13%和0.001%。近年来，随着三明市社会经济的发展以及与周边地区联系的日益紧密，三明市加大力度推进交通基础设施建设，泉三、永武高速三明段，扫尾基本完工；此外，交通公路升级改造与三明沙县机场、铁路建设，导致交通用地面积大幅上升。

水利设施用地中水库水面与水工建筑用地的面积均在增加，水库水面面积增加1200.94 hm2，贡献率最大为95.47%；水工建筑用地面积增加56.94 hm2，贡献率为4.53%。近年来三明市强化水资源和水源地保护，推进水利“六千”工程，导致水利设施用地面积有所上升。

在未利用土地组成中，各3级地类的面积均在增加。其中荒草地和裸土地面积增加最多，对未利用土地面积变化的贡献率最大，分别为61.73%和21.13%。其次是沙地，对未利用土地的变化贡献率为10.07%。可以看出，未利用土地增加主要是因为荒草地和裸土地面积增加，由于三明市地处山区，经济不够发达，近年来，农民纷纷外出打工，致使大量农用地荒废，成为荒草地和裸土地。同时随着三明市工业的发展，加上人为因素，导致生态环境恶化，水土流失较为严重，导致土地的荒漠化。

其他土地的变化表现为河流水面和滩涂面积的减少。期间，河流水面和滩涂面积减少分别为246.81 hm2和119.71 hm2，對其他土地面积变化的贡献率分别为67.34%和32.66%。河流水面和滩涂的面积减少与三明市的社会经济活动有着密切的关系。

4.4土地利用结构信息熵、均衡度与优势度

由表5可知，在2000～2008年期间，三明市土地利用结构的信息熵总体上表现出上涨的趋势，信息熵由2000年的0.783上升到2008年的0.800。三明市土地利用信息熵最低出现在2000年，表明该年度土地利用系统的有序性较高。而2007年与2008年的信息熵值最高，说明此时土地利用系统的有序性最低，混乱度升高[13]。但从总体上来看，三明市土地利用结构信息熵值相对较低，在研究年限内变化幅度较为平缓，最高值与最低值相差仅0.017。均衡度呈现出与信息熵相同的变化趋势，由2000年的0.340上升到2008年的0.348。而优势度则呈现出与信息熵与均衡度相反的变化趋势，由2000年的0.660减少到2008年的0.653。虽然说信息熵与均衡度在研究期内变化的幅度并不大，但是可以看出，三明市土地利用结构的变化趋势是土地利用结构系统的有序度降低，土地利用结构均衡性加强，土地利用优势度减小。

由表6可见，2008年三明市土地利用结构信息熵为0.800，在全市12个县市（地区）中，土地利用结构信息熵高于全市平均水平的有梅列区、三元区、宁化县、大田县、沙县、泰宁县。而其他6个地区则要比全省的平均水平要低。其中，宁化县与沙县这两个县的土地利用结构信息熵最高，分别为0.952和0.927，说明这两个地区土地利用结构系统的有序程度最低，混乱程度最高。明溪县、将乐县、清流县三个地区的信息熵值最低，分别为0.638、0.653、0.669，说明这三个地区土地利用结构系统有序度最高，混乱程度最低，土地集约利用水平最高。

4.5土地利用结构多样化与集中化

由图2可知，总体上，2000～2008年，三明市土地利用结构的多样化指数在逐渐增加，2000～2005年期间增加比较缓慢，2005～2008年增加较为迅猛。这说明三明市在2005～2008年期间土地利用变化较为剧烈。2000～2008年期间，集中化指数存在着波动，但总体上是减小的。多样化指数由2000年的0.3262增加到2008年的0.3319，集中化指数由2000年的0.0087在逐步减小，二者呈现出相反的变化规律。这表明在2000～2008年期间，三明市土地利用结构越来越趋于多样化，土地利用类型的集中性逐步降低。这主要是由于三明市社会经济的发展及一些经济效益的驱使，致使耕地、林地面积大幅减少，居民点及独立工矿用地、交通运输用地面积大幅增加，水利设施用地的面积也在增加，土地利用方式呈现出多元化。

5结论

（1）农用地面积占据三明市总面积的九成以上，构成三明市土地利用基本格局。2000～2008年，三明市居民点及独立工矿用地、水利设施用地、交通运输用地、未利用土地面积均不断上升，而生态用地（林地、园地、草地）、耕地、其他农用地与其他土地面积均逐渐萎缩。

（2）2000～2008年三明市土地利用变化速率依次为交通运输用地>草地>水利设施用地>居民点及独立工矿用地>未利用土地>其他土地>园地>耕地>林地>其他农用地。总体而言，三明市土地利用综合动态度变化幅度较大，并呈上升趋势。2000～2008年期间，三明市土地利用综合动态度的波动性，主要表现出以下几个不同阶段特征：急剧上升-急剧下降-缓慢上升-急剧下降。

（3）从各种土地利用类型变化的贡献率来看，对耕地面积变化贡献率最大的是灌溉水田，灌溉水田面积大幅减少是导致耕地面积减少的主要原因；在减少的园地面积中，果园对园地面积变化贡献率最大，其次为桑园；在减少的林地面积中，有林地对林地面积变化贡献率最大，其次为未成林造林地；草地减少的面积中98.22%来自人工草地；其他农用地减少的面积中，田坎对其他农用地变化贡献率最高，养殖水面的贡献率最低；主要是由于独立工矿用地和农村居民点面积的不断上升致使居民点及独立工矿用地面积扩大；交通运输用地面积增加的主要原因是由于公路用地的面积大幅增加所致，占交通运输用地面积增加的99.64%；水利设施用地面积的增加主要是来自水库水面面积的增加，水库水面对水利设施用地变化贡献率高达95.47%，其次为水工建筑用地；在增加的未利用土地面积中，荒草地和裸土地面积增加最大，对未利用土地面积变化的贡献率也最大；其他土地的变化表现为河流水面和滩涂面积的减少，其中河流水面对其他土地面积变化贡献率最大。

（4）三明市土地利用结构信息熵和均衡度总体呈现上升趋势，优势度的变化态势则与信息熵与均衡度呈现负相关。这表明三明市土地利用结构不断地朝着无序的方向发展，同时，土地利用结构的均衡性不断增强，土地利用优势度在逐渐降低。

（5）三明市土地利用结果的多样化指数增加，集中化指数减少，这表明2000～2008年期间，三明市土地利用方式朝着多样性方向发展，土地利用类型集中化程度降低。三明市土地利用结构及其变化特征与其所处的特殊的地理位置、社会经济发展水平、经济效益驱动等自然、社会、经济因素有着密切的关系[14～16]。

6建议

根据三明市土地利用现状以及土地利用结构变化总体特征，为实现三明市土地资源的可持续利用，提出以下几点建议。

（1）三明市市县镇各级政府要严格按照各级土地利用总体规划确定的土地用途来使用土地，严格执行土地用途管制，这样才能确保三明市土地资源的可持续利用。

（2）三明市要根据自身资源的特点，以农业为基础，积极发展其他特色产业，由于三明市是一座工业城市，要加强工业用地的管理，加强对工业污染的管制。同时要根据当地土地资源特点以及区域产业结构对农业结构进行合理的调整[17]。

（3）要加强对农用地的保护，加强对耕地的保护，近年来，三明市耕地面积逐渐缩减，不仅要注重耕地量的保护，同时要重视质量的保护。

（4）三明市未利用土地面积较大，要加强对未利用土地的开发整治，合理开发未利用土地对于三明市的发展有着重要意义。

（5）要积极推行科技创新，有步骤地推进土地开发整治工作，提高三明市土地利用效率，提高土地集约利用水平，提高土地利用的有序度。

参考文献：

[1]

韦素琼，陈健飞. 土地利用变化区域对比研究：以閩台为例[M]. 北京：科学出版社，2006.